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８２－９４６

《现场总线技术应用

２００ 例》

数 采 与 监 测

中文核心期刊《微计算机信息》

（测控自动化）２００７ 年第 ２３ 卷第 ５－

１

期

１

引 言

直线 电 动机 是 利 用电 磁 作 用原 理 ， 将电能直接转换 成 直 线

运动的设备。它取消了源动力和工作台部件之间的一切中间传
动环 节 ， 使得 机 械 传动 链 的 长度 为 零 ， 即“直 接 驱 动”或“零 传
动”。近年来由于永磁体材料成本的显著降低， 永磁同步直线电
机每年以

１０％ ～１５％

的速度逐步下降。全球知名运动控制公司

Ｉｎｃｒｅｍｏｔｉｏｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ

总裁

Ｄａｎ Ｊｏｎｅｓ

指 出

：

“能 够 从 中 国 获 得 相

对 便 宜 的 稀 土 磁 铁 是 使 直 线 电 机 的 价 格 变 得 更 加 易 于 承 受 的

重要因素。”这也为直线电机的广泛应用注入了新的活力。与旋
转电机相比 ， 直线电动机具有高速度、高加速度、大推

／

拉 力 、高

定位精度和高重复定位精度等特征。正是直线电机的这些显著
特征 决 定了 它 在 数控 机 床 、机器 人 和 其它 需 要 直线 伺 服 传动 的
领域中有着广阔的应用前景。目前在欧美发达国家直线电机已
在高速加工中心得到了广泛应用。作为直线电机应用的前提条
件 ， 能够准确地检测出直线电机的相关参数也显得更加重要 。
本文 即是 立 足 于直 线 电 机的 应 用 ， 构建能够准确检测直线电机
绕组温度、推

／

拉力、位移等参数的检测系统。

２

直 线 电 机 检 测 系 统 总 体 方 案

直线电机检测系统的总体方案如图

１

所示。预埋在直线电

机动 子 绕组 中 的 热电 偶 将 绕组 温 度 转换 成 毫 伏级 的 电 压信 号 ，
经 由 工 控

Ｉ／Ｏ

模 块

ＡＤＡＭ４０１８＋

进 行 信 号 适 配 、

Ａ／Ｄ

转 换 而 变

为数字信号。直线电机推

／

拉力经由压力传感器

Ｕ９Ｂ

、压力信号

放 大 器

ＡＥ３０１

转 换 成 量 程 为

＋／－ １０Ｖ

的 标 准 电 压 信 号 ， 再 由

ＡＤＡＭ４０１７＋

转换成数字信号。

ＡＤＡＭ４０１８＋

、

ＡＤＡＭ４０１７＋

采 用

ＲＳ４８５

串 行 通 讯 总 线 与 工 控 模 块

ＡＤＡＭ４０５２

互 连 。 由

ＡＤＡＭ４０５２

实现

ＲＳ４８５

到

ＲＳ２３２

总线的转换， 并直接与上位工

控 机 相 连 ， 从 而 构 成 工 业 现 场 的 底 层 控 制 网 络 ， 实 现 直 线 电 机
温度、推

／

拉力参数的实时检测。

ＡＤＡＭ４５２０

最多可以挂接

２５５

个 具 有

ＲＳ４８５

总 线 的

Ｉ／Ｏ

模 块 ， 传 输 速 率 可 达

１１５．２ｋｂｐｓ

， 传 输

距离达

１２１９ｍ

。根据 需 要

， 通过增加挂接在

ＡＤＡＭ４５２０

上 的工

控

Ｉ／Ｏ

模块可以十分方便地实现直线电机更多测量 点 温 度值 的

实时检测。

图

１

直线电机检测系统构成框图

对于直线电机的位移检测， 采用增量式直线光栅

Ａ

，

Ｂ

相 方

波 信号 四 倍 频及 鉴 向 电路 将 直 线电 机 位 移脉 冲 、位 移方 向 送 入

ＰＣＩ－ １７８０

计数卡间接计算得出。

３

直 线 电 机 检 测 系 统 的 构 建

直线电机检测系统分为温度检测、推

／

拉力检 测 和位 移 检

测三个子系统。每一子系统的设计开发过程如下。

直线电机检测系统的设计

Ｄｅｓ ｉｇ ｎ ｏ ｆ Ｌｉｎ ｅａｒ Ｍｏ ｔｏ ｒ Ｓｕ ｐ ｅｒｖｉｓ ｏ ｒｙ Ｓｙｓ ｔｅｍ

（１．广东工业大学；２．上海交通大学）

高 军 礼

１

肖 曙 红

１

张 希

２

ＧＡＯ Ｊ ＵＮ ＬＩ ＸＩＡＯ ＳＨＵ ＨＯＮＧ ＺＨＡＮＧ ＸＩ

摘要

：

本 文 利 用 增 量 式 直 线 光 栅 尺 位 移 传 感 器 、方 波 四 倍 频 及 鉴 向 电 路 、热 电 偶 传 感 器 、压 力 传 感 器 、研 华

ＡＤＡＭ４０００

系 列 工

控

Ｉ／Ｏ

模 块 、

ＰＣＩ－ １７８０

多 通 道 计 数 卡 以 及 力 控 组 态 软 件 构 建 了 直 线 电 机 的 检 测 系 统 。该 检 测 系 统 能 够 准 确 检 测 出 直 线 电 机

的 位 移 、拉 力 和 推 力 及 其 绕 组 的 多 点 温 度 值 。 文 中 对 该 检 测 系 统 的 方 案 及 其 实 现 过 程 进 行 了 详 细 的 论 述 。
关键词

：

直线电机； 增量式直线光栅尺； 热电偶； 力传感器

中图分类号

：ＴＰ２７４＋．１

文献标识码

：Ａ

Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｌｉｎｅａｒ ｅｎｃｏｄｅｒ，
ｓｑｕａｒｅ－ ｗａｖｅ ｆｏｒｔｈ－ ｔｉｍｅｓ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ， ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ， ＡＤＡＭ４０００ ｓｅｒｉｅｓ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ Ｉ／Ｏ ｍｏｄｕｌｅｓ，

ＰＣＩ－ １７８０ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｕｎｔｅｒ ｃａｒｄ ａｎｄ ＰＣＡｕｔｏ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ． Ｉｔ ｃａｎ ｓｕｐｅｒｖｉｓｅ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ， ｐｕｌｌ ｏｒ ｐｕｓｈ ｆｏｒｃｅ，
ｗｉｎｄｉｎｇ ｍｕｌｔｉ－ ｐｏｉｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ． Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｂｌｕｅ ｐｒｉｎｔ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ

ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．

Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：Ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ ， ｉｎｃｒ ｅｍｅｎｔａｌ ｌｉｎｅａｒ ｅｎｃｏｄｅｒ ， ｔｈｅｒ ｍｏｃｏｕｐｌｅ， ｆｏｒ ｃｅ ｔｒ ａｎｓｄｕｃｅｒ

文章编号

：１００８－ ０５７０（２００７）０５－

１

－ ０１２２－ ０２

高军礼

：

讲师

基 金 项 目

：

广 东 省 自 然 科 学 基 金 博 士 科 研 启 动 基 金

（０４３００２０８），

广州市科技攻关

（２００６ｚ２－ Ｄ９０７１）

１２２

－

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